計算機組成原理 干貨嘿嘿

計算機5個邏輯模塊：

輸入設備——鍵盤之類；
運算器——基本算術運算與邏輯運算；
控制器——產生控制信號，控制計算機產生復雜的功能 ；more important
輸出設備——列印機，投影之類設備；
存盤器——存盤快取；
5個模塊通過資料鏈路or物理模塊連接；運算器和控制器集成在CPU里——核心，

1.1.1 資訊的數字化表示——二進制資訊表示

1，計算機中用數字代碼——二進制代碼表示各種資訊
1——0001 2——0010 3——0011…8——1111 -5——1 101 等等；

2，在物理機制上用數字信號——數字型電信號表示數字代碼.

3，資訊數字化表示的優點:
①物理上易實作資訊的表示與存盤；
②抗干擾能力強，可靠性高；
③數值的表示范圍大，精度高；
④可表示的資訊型別廣泛；
⑤能用數字邏輯技術進行處理——0，1功能表示，

1.1.2 存盤程式作業方式——馮諾依曼體系

1，編制程式——高級語言編譯后形成匯編程式（指令程式）send to computer去實作功能；
2，存盤程式——硬碟里；
3，自動、連續執行程式；
4，輸出結果，

1.1.3 計算機分類

1，模擬計算機——有模擬運算器件構成，能處理連續的模擬信號(電壓，電流)
分為——專用機，通用機，
2，陣列計算機——由數字邏輯器件構成，處理離散的數字信號(0，1的資訊），

1.2 馮諾依曼計算機 ——計算機之父

1.2.1 馮諾依曼體系 奠定現代計算機理論體系

1.用二進制數表示程式和資料；
2.采用存盤程式的作業方式——將程式and資料存盤起來，讓計算機自動執行指令，完成復雜操作——核心思想；
3.新型現代計算機硬體組成；
存盤器——運算器——控制器——輸入設備——輸出設備(現代技識訓沒有逃離這5個模塊枷鎖，缺一不可)，

1.2.2 計算機發展歷程

第一代——電子管——速度低，體積大，可靠性差，只要用于科學計算；
第二代——晶體管——體積縮小可靠性提高，從科學計算提高到資料處理；
第三代——中小規模集成電路——體積縮小，可靠性提高，機種多樣化，小型計算機出現，軟體和外設發展迅速，應用領域擴大；
第四代——大、超大規模集成電路——速度高達DIPS甚至TIPS級別，微型計算機出現，

1.2.3 未來發展趨勢

1.向巨型化發展——天河，神威等；
2.向微型化發展；
3.向多媒體化——提升用戶使用體驗；
4.向網路化；
5.向智能化——懶人應用，手機等等，

1.3 計算機系統的組織

硬體——構成計算機系統的物體和裝置之類的有形設備，物質基礎——硬設備；
軟體——由硬體所表達的各種內在資訊，包括資料與控制程式，無形的東西——軟設備，

1.3.1 計算機的硬體系統組成

1.硬體系統的基本組成模型，現在基本不用

主要功能:
1.CPU——主要由運算器、控制器等部件組成.，

2.運算器
(1).功能——完成算數與邏輯運算，

(2).組成特點
①主要有ALU(算數邏輯單元)構成，執行算數、邏輯運算以及移位回圈等操作，是CPU功能的主要執行部件；
②ALU以全加器為核心，具有多種運算功能；
③運算的位數越多，計算精度就越高(二進制碼多)，器件越復雜；
④運算器的資料寬度一般是：8位、16位、32位or64位；

3.控制器
功能——產生控制命令(微命令)，控制全機操作，CPU在執行命令時，控制器不能主動的執行命令，需要一些控制器來配合，
基本組成：

4.存盤器
特點——作業速度較快，存盤容量比外存小，
功能——存盤資料和數字化后的程式.
Attention：不論是資料，還是程式，存盤器存盤的全是0、1代碼，

①存盤單元——在存盤器中保存一個n位二進制數的n個存盤電路，組成一個存盤單元；
②地址——存盤器由許多存盤單元組成，每個存盤單元的編號，稱為地址；
③存盤容量——存盤器所有存盤單元的總數；
存盤容量越大，表示存盤的資訊越多，常用的單位有——KB、MB、GB、TB、PB等；
④記憶體儲器——即主存，是一種用來存放直接為CPU提供服務的程式和資料存盤器——有半導體芯片構成；
⑤外存盤器——即輔存，為計算機配備的存盤器容量很大的輔助存盤器，
磁盤存盤器，光碟存盤器等，其主要特點是存盤容量大，價格判以，作業速率較慢，

5.輸入輸出設備
功能——執行輸入\輸出資訊的轉換，

輸入時：原始資訊——>二進制代碼，送入主機；
輸出時:處理結果(二進制代碼)——>用戶能夠1直接感知的形式(字符、影像、聲音)，并傳輸給用戶，

4.總線——能夠為多個部件分時共享的一組資訊傳輸通道，
總線分為三種——資料總線、地址總線、控制總線，

5.介面
每個介面附有IP資料報的目的地址和源地址，兩個路由器之間的連接，共用同一個介面的地址，

計算機硬體的典型架構
1.微型計算機：南-北橋架構

2.小型計算機：多處理器架構——了解
惠普 HP ProLiant DL30系列

3.超級計算機(超算)：集群式架構——天河-2號，神威

多處理機系統結構：
特點——用多處理器CPU構成；
根據處理器直接按連接的緊密程度，分為:
緊密偶合型多機系統 and 松散型偶合多機系統
緊密偶合型多機系統：

特點——多個(CPU+LM)組，通過系統總線構成多機系統，且共享全域主存盤器，

松散偶合多機系統：

特點——多個計算節點，由通信系統連接成的多機系統，無全域的主存盤器，

1.3.2 軟體系統

軟體類別——系統程式and應用程式：
①系統程式——負責系統電鍍管理，提供運行和開發環境、各種服務，確保系統運行良好；
②應用程式——利用計算機來解決應用問題所編制的程式，如工程設計程式、資料處理程式、自動控制程式、企業管理程式、情報檢索程式、科學計算程式等等，

1.3.3 軟、硬體系統層次結構

計算機系統是由一個多層次的軟體+硬體組成的系統，基本結構如下圖：

1.3.4 軟體與硬體的邏輯等價性

①軟體的特點——易于實作各種邏輯和運算功能，但是常受到速度指標和軟體容量的制約；
②硬體的特點——可以高速實作邏輯和運算功能，但是難以實作復雜功能或計算，受到控制復雜性指標的制約，
計算機中的軟體，理論上都可以“固化”or “硬化”成硬體，以提高執行速度，導致硬體的結構、成本復雜和提高，

1.4 計算機系統的性能指標

1.基本字長
①一次資料操作的基本位數；
②它會影響計算的精度、指令的功能，

2.外頻
外部頻率或基頻，也叫系統時鐘頻率，

3.常用的CPU性能指標
①CPU的主頻=外頻**倍頻系數*；
②IPS，每秒執行指令次數；
③CPI，執行一條指令所用的時鐘周期數， CPI越大，程式需要執行的指令周期數就越多；
④FLOPS,每秒執行浮點運算的次數，FLOPS越大，單位時間內CPU執行浮點運算次數越多，CPU性能越好；
⑤CPU的功耗，

靜態功耗——CPU半導體構成，對電流、電壓的損耗，自身的損耗；
動態功耗——CPU執行運算操作所消耗的功；
P=C×U^2×f C——負載電容 U——作業電壓 f——作業頻率

4.資料傳輸率——帶寬
帶寬=（位寬×作業頻率）/8 (B/S)

物理含義——單位時間內資料的傳輸量的多少，
Attention：計算PCI-E總線的帶寬時，一般還要考慮編碼方式、但雙工模式和通道路數等，

5.存盤器的容量
①記憶體/主存容量=可編址的存盤單元個數（取決于地址碼的位數）*存盤單元的位寬（表明編址單位；
②外存/輔存容量——存盤器能存盤的最大資料量(外存——U盤之類的)；
常表示為——Byte、KB、MB、GB、TB.
外存盤量與總線地址碼的位數無關，所以外存可以無限大

堅持學習，相對辛苦，但，絕對優秀.